Polyacrylonitril

Polyacrylonitril (PAN), hay còn gọi là Creslan 61, là một polymer hữu cơ tổng hợp, bán tinh thể với công thức mạch thẳng (C₃H₃N)_n. Mặc dù là nhựa nhiệt dẻo, nhưng nó không chảy chảy ở nhiệt độ bình thường mà bị phân hủy trước. Nó chỉ nóng chảy khi nhiệt độ vượt quá 300 °C với tốc độ tăng nhiệt từ 50 độ mỗi phút trở lên. Phần lớn nhựa PAN là copolyme của acrylonitrile cùng với các monome khác. Đây là một polymer linh hoạt, được ứng dụng rộng rãi trong việc sản xuất siêu màng lọc, sợi rỗng thẩm thấu ngược, sợi dệt may. Sợi PAN là nguyên liệu chính để chế tạo sợi carbon chất lượng cao. Quá trình chế tạo sợi carbon từ sợi PAN bao gồm việc oxy hóa sợi PAN ở 230 độ C, tiếp theo là cacbon hóa ở trên 1000 độ C trong môi trường khí trơ. Sợi carbon đã được ứng dụng trong công nghệ cao và sản phẩm hàng ngày như máy bay, tên lửa, bình áp lực, cần câu, vợt tennis, cầu lông và xe đạp công nghệ cao. Nó cũng là thành phần của các copolyme như nhựa styren-acrylonitrile (SAN) và acrylonitrile butadiene styren (ABS).

Lịch sử

PAN lần đầu tiên được tổng hợp vào năm 1930 bởi Hans Fikentscher và Claus Heuck. Tuy nhiên, do PAN không thể nóng chảy và không hòa tan trong các dung môi công nghiệp có sẵn lúc bấy giờ, các nghiên cứu về nó đã bị đình trệ. Năm 1931, Herbert Rein đã nhận được mẫu PAN khi thăm nhóm nghiên cứu ở Ludwigshafen và phát hiện rằng pyridinium benzylchloride, một chất lỏng ion, có thể hòa tan PAN. Đến năm 1942, ông phát hiện ra dung môi tốt hơn là dimetylformamit (DMF) và bắt đầu phát triển phương pháp xử lý PAN thành sợi và màng. Tuy nhiên, do chiến tranh, việc sản xuất PAN quy mô lớn vẫn chưa thể thực hiện trong nhiều năm. Mẻ sản xuất sợi PAN đầu tiên được thực hiện vào năm 1946 bởi tập đoàn DuPont của Mỹ.

Tổng hợp

Tất cả các phương pháp sản xuất PAN thương mại đều dựa vào quá trình trùng hợp gốc tự do của Acrylonitrile (AN). Trong nhiều trường hợp, một lượng nhỏ các đồng monomer vinyl (1-10%) được thêm vào cùng với AN tùy theo ứng dụng. Ngoài ra, trùng hợp anion cũng có thể được áp dụng để tổng hợp PAN. Đối với ứng dụng dệt may, PAN thường có trọng lượng phân tử từ 40-70 kDa (1000 Dalton). Tuy nhiên, sản xuất sợi carbon yêu cầu PAN có trọng lượng phân tử cao hơn.

Khi sản xuất sợi carbon từ sợi PAN thô 600 tex (6 k), sợi có mật độ 0,12 tex và đường kính 11,6 mm, tạo ra sợi carbon với độ bền 417 kgf/mm2 và hàm lượng chất kết dính 38,6%. Thông tin này đã được xác thực trong tài liệu.

Ứng dụng

Homopolymer PAN (polymer đồng nhất chỉ từ các monome AN) được sử dụng trong sản xuất sợi cho hệ thống lọc khí nóng, mái che ngoài trời, cánh buồm du thuyền và sợi gia cường cho bê tông cốt thép. Copolymer chứa PAN thường được sử dụng để làm sợi trong quần áo len như vớ và áo len, cũng như các sản phẩm như bạt lều và các ứng dụng tương tự.

Liên kết

• Polyacrylonitrile tại Trung tâm Học thuật Polymer Science
• Các kỹ sư Stanford phát triển bộ lọc không khí mới giúp cư dân Bắc Kinh hít thở dễ dàng hơn Stanford Report, ngày 18 tháng 2 năm 2015. Bộ lọc khí làm từ nhựa PAN giúp cải thiện chất lượng không khí tại Bắc Kinh.